Устройство для регулирования температуры Советский патент 1993 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к устройствам для регулирования температуры в тепловых объектах, например в резиноперерабатыва- ющих червячных машинах, и может быть использовано в производстве изделий из полимерных материалов.

Целью изобретения является повышение надежности и точности устройства за счет уменьшения пульсаций потока теплоносителя, проходящего через объект, и стабилизации его скорости.

На чертеже схематично показано устройство для регулирования температуры.

Устройство для регулирования температуры содержит объект 1, например зону чер- вячной машины, нагреватель 2, выполненный, например,, в виде теплообменника с электронагревателями, охладитель 3, выполненный, например, в виде теплообменника со змеевиком. Для переключения потока теплоносителя служит трехходовой переключающий клапан 4. В объекте 1 установлен датчик температуры 5, который подключен на вход регулятора температуры 6. Выход регулятора температуры 6 через первый исполнительный элемент 7 связан с нагревателем 2, а через второй исполнительный элемент 8 - с управляемым входом трехходового переключающего клапана 4 и управляющим входом клапана 9, осуществляющим подачу хладагента в охладитель 3,

Средство для принудительного перемещения теплоносителя содержит три пневматических мембранных пульсатора 10, 11 и 12, каждый из которых имеет гидравлическую полость А и пневматическую полость В. разделенные герметичной мембраной С. Для управления потоком теплоносителя в это средство включены .обратные клапаны 13-18, соединенные между собой по схеме трехфазного моста с общими точками а и б, и точками питания в, г и д. При этом гидравлические полости А пульсаторов 10. 11 и 12 подсоединены к точкам питания в, г и д моста. Вход трехходового переключающего клапана 4 соединен с общей (напорной) точкой а моста, а общая (всасывающая) точка б моста подсоединена к буферной емкости 19. которая связана с выходом объекта 1. вход которого соединен с нагревателем 2 и охладителем 3.

Для управления работой пульсаторов 10, 11 и 12 служит блок управления, который содержит генератор тактовых импульсов 20, который через кольцевой коммутатор 21 и соответственно через исполнительные элементы 22, 23 и 24 в заданной последовательно управляет работой дополнительных трехходовых кллплнов 25. 26 и 27. осуществляющих подачу сжатого воздуха в пневматические полости В пульсаторов 10, 11 и 12. Устройство работает следующим образом.

В исходном положении вся система трубопроводов, соединяющих элементы устройства и сами элементы, включая гидравлические полости пульсаторов, заполнены теплоносителем, например, очи0 щенной водой. Мембраны С пульсаторов 10, 11 и 12 занимают среднее положение, так как пневматические полости В пульсаторов 10, 11 и 12 через клапаны 25, 26 и 27 соединены с атмосферой. К клапанам 25, 26 и 27

5 подведен сжатый воздух требуемых параметров.

Генератор тактовых импульсов 20, выполненный, например в виде импульсного реле времени, через кольцевой коммутатор

0 21 и исполнительные элементы 22, 23 и 24 поочередно с заданным интервалом времени включает клапаны 25, 26 и 27. Например при включении клапана 25 сжатый воздух поступает в пневматическую полость В

5 пневматического мембранного пульсатора 10. Под воздействием энергии сжатого воздуха и преодолевая усилие пружины, мембрана начинает перемещаться вверх, вытесняя из гидравлической полости А теп0 лоноситель. Теплоноситель начинает движение по следующему пути: полость А пульсатора 10 - точка в - обратный клапан 13 - общая точка а - трехходовой переключающий клапан 4 - нагреватель 2 - объект 1

5 - буферная емкость 19. В это время обратные клапаны 14, 15 и 17 закрыты. Так как температура объекта 1 ниже заданной, то регулятор температуры 6 через исполнительный элемент 7 включает в работу нагре0 ватель 2 и поэтому теплоноситель, проходя через нагреватель 2, нагревается в передает тепло объекту 1. После прохождения объекта 1 первая порция теплоносителя поступает в буферную емкость 19 и там

5 накапливается. Через заданный интервал времени генератор тактовых импульсов 20 отключает клапан 25 и через коммутатор 21 и исполнительный элемент 23 включает клапан 26. При этом сжатый воздух поступает в

0 пневматическую полость В мембранного пульсатора 11. Под воздействием энергии сжатого воздуха и преодолевая усилие пружины, мембрана С пульсатора 11 начинает перемещаться вверх, вытесняя из гидравли5 ческой полости А теплоноситель. Теплоноситель начинает движение по следующему пути: полость А пульсатора 11 - точка г - обратный клапан 15 - общая точка а - трехходовой переключающий клапан 4 - нагреватель 2 - объект 1. В это время обратные

клапаны 16, 13 и 17 закрыты. Теперь вторая порция теплоносителя, равная объему гидравлической полости А пульсатора 11. проходит через нагреватель 2, отбирая тепло, нагревает объект 1 и поступает в буферную емкость 19.

В момент отключения клапана 25 и включения клапана 26, когда начинается движение теплоносителя от пульсатора 11 к буферной емкости 19, также начинает движение теплоноситель из буферной емкости 19 в гидравлическую полость А пульсатора 10. т.к. сжатый воздух из пневматической полости В пульсатора 10 стравливается через трехходовой клапан 25 в атмосферу и мембрана С пульсатора 10 под действием растянутой прежде пружины начинает перемещаться из крайнего верхнего положения в среднее. Теплоноситель движется по пути: буферная емкость 19 - общая точка б - обратный клапан 14 - точка в - полость А пульсатора 10. Происходит заполне- ние полости А пульсатора 10 теплоносителем.

Далее, через заданный интервал времени генератор тактовых импульсов 20 отключает клапан 26 и через коммутатор 21 и исполнительный элемент 24 включает клапан 27. При этом сжатый воздух поступает в пневматическую полость В мембранного пульсатора 12. Под воздействием энергии сжатого воздуха и преодолевая усилие пружины мембрана С пульсатора 12 начинает перемещаться вверх, вытесняя из гидравлической полости А теплоноситель. Теплоноситель начинает движение по следующему пути: полость А пульсатора 12 - точка д - обратный клапан 17 - общая точка а - трехходовой переключающий клапан 4 - нагреватель 2 - объект 1 - буферная емкость 19. В это время обратные клапаны 18,13 и 15 закрыты. Теперь третья порция теплоносителя, равная объему гидравлической полости А пульсатора 12. проходит через нагреватель 2, отбирая тепло, нагревает объект 1 и поступает в буферную емкость 19. В момент отключения клапана 26 и включения клапана 27. когда начинается движение теплоносителя от пульсатора 12 к буферной емкости 19, также начинает движение теплоноситель из буферной емкости 19 в гидравлическую полость А пульсатора 11, т.к. сжатый воздух из пневматической полости В пульсатора 1Ц стравливается через трехходовой клапан 26 в атмосферу и мембрана С пульсатора 11 под действием растянутой прежде пружины начинает перемещаться из крайнего верхнего положения в среднее. Теплоноситель движется по пути: буферная емкость 19 обща0 точка б - обратный

клапан 16 -точка г полость А пульсатора 11. Происходит заполнение полости А пуль сатора 11 теплоносителем К этому времени 5 гидравлическая полость А пульсатора 10 уже заполнилась теплоносителем.

Следовательно, за три временных такта три порции теплоносителя из трех гидрав0 лических полостей пульсаторов 10. 11 и 12. следуя непрерывно друг за другой, создают в напорной части контура непрерывный прямой поток теплоносителя, проходящий через нагреватель и объект и поступающий

5 в буферную емкость 19. Одновременно с этим-из буферной емкости 19 в обратной (всасывающей) части циркуляционного контура образуется обратный поток теплоноси- теля, поочередно заполняющий

0 гидравлические полости А пульсаторов 10 и 11.

Через заданный интервал времени генератор тактовых импульсов 20 отключит клапан 27 и вновь включит клапан 25. При

5 этом вновь теплоноситель из гидравлической полости А пульсатора 10 будет перемещаться по пути: полость А пульсатора 10 - точка в - обратный клапан 13 - общая точка а - трехходовой клапан 4 - нагрева0 тель 2 - объект 1 - буферная емкость 19, а из буферной емкости 19 теплоноситель будет перемещаться в гидравлическую полость А пульсатора 12 по пути: буферная емкость 19 - общая точка б - обратный

5 клапан 18 - точка д - гидравлическая полость А пульсатора 12.

Таким образом, пульсаторы 10, 11 и 12 поочередно подают в объект 1 порции нагретого в нагревателе 2 теплоносителя. При

0 этом если один пульсатор вытесняет из своей гидравлической полости теплоноситель, то в это время другой пульсатор заполняет теплоносителем свою гидравлическую полость.

5 До тех пор пока температура в объекте 1 меньше заданной, теплоноситель будет проходить нагреватель 2 и нагревать объект 1. Как только температура в объекте 1 станет равной заданному значению, регулятор тем0 пературы 6 отключит нагреватель 2 и тепло- носитель будет циркулировать с достигнутой температурой. В дальнейшем процесс регулирования температуры объекта 1 будет осуществляться путем включения

5 и отключения нагревателя 2.

Если же по каким-либо причинам температура в объекте 1 начнет увеличиваться, то регулятор температуры 6 через исполнительный элемент 8 откроет клапан 9 подачи хладагента в змеевик охладителя 3 и переключит трехходовой переключающий клапан 4. Так как пульсаторы 10 11 и 12

постоянно находятся в работе, т.е. периодически выталкивают из гидравлических полостей определенные порции теплоносителя, то при переключенном клапане 4 в первый такт теплоноситель идет по пути: гидравлическая полость А пульсатора 10 - точка в - обратный клапан 13 - общая точка а - трехходовой переключающий клйпан 4 - охладитель 3-объект 1 -буферная емкость 19, во второй такт - по пути: гидравлическая полость А пульсатора 11 - точка г - обратный клапан 15 - общая точка а - трехходовой переключающий клапан 4 - охладитель 3 - объект 1 - буферная емкость 19, а в третий такт - по пути: гидравлическая полость А пульсатора 12 -точка д - обратный клапан 17 - общая точка а - трехходовой клапан 4 - охладитель 3 - объект 1 - буферная емкость 19.

В это же время из буферной емкости 19 теплоноситель будет непрерывно возвращаться в гидравлические полости пульсаторов так же, как при разогреве. Теплоноситель, проходя через охладитель 3, охлаждается в нем и охлаждает объект 1. Процесс охлаждения будет происходить до тех пор, пока температура в объекте 1 не уменьшится до значения, при котором регулятор температуры 6 не отключит клапан 9 подачи хладагента и не переключит трехходовой переключающий клапан 4.

В дальнейшем регулирование температуры в объекте 1 будет осуществляться путем переключения потока теплоносителя, идущего или через нагреватель 2, или через охладитель 3.

Использование в предлагаемом устройстве трех пульсаторов позволило получить однонаправленный устойчивый практически непрерывный поток теплоносителя через объект с коэффициентом пульсаций около 6%. Значительное- на порядок -снижение коэффициента пульсаций позволило добиться поставленной цели, суть которой - повышение надежности и точности устройства.

Значительное уменьшение пульсаций потока теплоносителя обеспечивает стабилизацию его скорости и, следовательно, стабилизацию коэффициента теплообмена в объекте регулирования. В свою очередь,

стабилизация коэффициента теплообмена обеспечивает высокую точность поддержания заданного температурного режима. Дальнейшее усложнение конструкции

будет сопровождаться незначительным уменьшением коэффициента пульсаций. Так. при установке четырех пульсаторов и восьми обратных клапанов коэффициент пульсаций составит 3,2%. пяти пульсаторов

и десяти обратных клапанов - 2%, шести пульсаторов и двенадцати обратных клапанов-1,4%.

Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее нагреватель и охладитель, установленные в контурах циркуляции со средством для принудительного перемещения теплоносителя с блоком управления, регулятор температуры, вход которого соединен с датчиком температуры объекта, выход которого связан через первый исполнительный элемент с нагревателем, через второй исполнительный элемент с охладителем и трехходовым переключающим

клапаном, установленным на входах в нагреватель и охладитель, причем контуры циркуляции после нагревания и охлаждения соединены непосредственно с объектом, отличающийся тем. что, с целью

повышения надежности и точности устройства за счет уменьшения пульсаций потока теплоносителя и стабилизации его скорости, в нем установлена буферная емкость, средство для принудительного перемещения теплоносителя выполнено в виде трех пневматических мембранных пульсаторов и шести обратных клапанов, соединенных между собой по схеме трехфазного моста, одна общая напорная точка которого сообщена с входом трехходового переключающего клапана, другая общая всасывающая точка моста соединена через буферную емкость с выходом объекта, а точки питания моста соединены с гидравлическими полостями соответствующих пневматических мембранных пульсаторов, пневматические полости которых соединены с источником питания через дополнительно введенные трехходовые клапаны, управляющие входы

которых соединены с выходами блока управления.

з с

Изобретение относится к устройствам для регулирования температуры в резино- перерабатывающих червячных машинах. С целью повышения надежности и точности поддержания температуры за счет уменьшения пульсаций потока теплоносителя и стабилизации его скорости, устройство содержит нагреватель 2, выполненный в виде теплообменника с электронагревателями, охладитель 3, выполненный в виде теплообменника со змеевиком. Для переключения потока теплоносителя через нагреватель 2 или охладитель 3 служит переключающий трехходовой клапан (ПТК) 4. Датчик температуры 5 подключен к регулятору температуры 6, выход которого через первый исполнительный элемент (ИЗ) 7 связан с нагревателем 2. а через второй ИЗ 8 связан с управляемым входом ПТК 4 и управляемым входом клапана 9, осуществляющим подачу хладагента в охладитель 3. Устройство содержит три мембранных пневматических пульсатора (П) 10, 11 и 12 и шесть обратных клапанов (ОК) 13-18, соединенных по схеме трехфазного моста. Гидравлические полости П 10 и 12 подсоединены к точкам питания в, г и д моста, g к двум общим точкам моста а (напорной) и б (всасывающей) подключены соответственно через ПТК 4 вход объекта и буферная емкость 19, связанная с выходом объекта. Блок управления поочередно в течение заданных промежутков времени включает клапаны 25, 26 и 27, осуществляющие подачу сжатого воздуха в пневматические полости П 10 и 12, которые поочередно через ОК перемещают порции теплоносителя (нагретого в нагревателе 2 или охлажденного в охладителе 3) в объект и далее в буферную емкость 19. Возврат теплоносителя в гидравлическую полость П 10, 11 и 12 осуществляется из буферной емкости 19 через открытый ОК. При этом, если П 10 вытесняет из своей гидравлической полости теплоноситель, то в это же время П 12 заполняет теплоносителем свою гидравлическую полость. Если идет разогрев объекта, то теплоноситель проходит через нагреватель 2, а если объект охлаждается, то теплоноситель проходит через охладитель 3. В дальнейшем Процесс регулирования повторяется. 1 ил. (Л С 00 ю 4 О Ю О